一種井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端的制作方法
【專利摘要】該發(fā)明公開了一種井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，井中雷達(dá)測井系統(tǒng)的硬件組成單元。本發(fā)明提供的井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，通道選擇連接多路接收天線實現(xiàn)資源復(fù)用，串并轉(zhuǎn)換精簡控制信號位數(shù)，增益控制單元提供了?31.5dB～60dB極大線性增益控制范圍以及0.5dB極小增益步進(jìn)，同時增益步進(jìn)在0.5dB～10dB之間可調(diào)。大范圍可調(diào)、小步進(jìn)的增益控制方案可應(yīng)用到所有輸入信號變化范圍極大的接收系統(tǒng)中。
【專利說明】一種井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端
[0001 ] 應(yīng)用領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于井中雷達(dá)測井系統(tǒng)的硬件組成單元，主要在多路接收天線后端對信號進(jìn)行線性處理，輸出單路射頻信號供給后續(xù)數(shù)據(jù)采集單元。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著世界范圍內(nèi)能源資源的不斷消耗，石油勘探與開采的難度日益增大，試錯成本越來越高，迫切需要一種高精確度高效率的測井方法。井中雷達(dá)測井系統(tǒng)是將鉆孔雷達(dá)應(yīng)用于石油測井的產(chǎn)物，其工作機(jī)理是借助電磁波在地下土壤與巖層中傳播進(jìn)而探測電磁特性不連續(xù)的地質(zhì)異常，在獲得高分辨率的同時，可達(dá)到井周3?1m的探測距離，相較于傳統(tǒng)測井方法2?3m的探測距離更遠(yuǎn)，因此引發(fā)各國爭相研究。
[0004]目前絕大多數(shù)的鉆孔雷達(dá)都屬于沖擊脈沖體制，這種雷達(dá)對外輻射功率極高的納秒級甚至皮秒級的時域窄脈沖，遇到電磁特性不連續(xù)的地下介質(zhì)時反射特性或者傳輸特性發(fā)射變化，最終在從反射波或者傳輸波的時域波形中提取目標(biāo)信息。通常通過單個發(fā)射天線、多個接收天線組陣的方式來實現(xiàn)目標(biāo)的定位，地下介質(zhì)對于雷達(dá)波的衰減最大可達(dá)100dB，輸入信號變化范圍極大。接收機(jī)作為雷達(dá)系統(tǒng)接收處理信號的重要單元，極大地影響整個系統(tǒng)的性能，因此需要結(jié)合上述雷達(dá)特征針對性地設(shè)計接收機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要針對沖擊脈沖體制的定向鉆孔雷達(dá)多路接收天線信號需處理、回波信號變化范圍極大的特征，設(shè)計了一款具有多通道選擇、極大線性增益控制范圍、極小增益步進(jìn)的時域接收機(jī)前端。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，包括:限幅器、通道選擇器、輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數(shù)字步進(jìn)衰減器、輸出級放大器、串并轉(zhuǎn)換模塊;所述限幅器、通道選擇、輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數(shù)字步進(jìn)衰減器、輸出級放大器依次級聯(lián)組成射頻鏈路;所述串并轉(zhuǎn)換模塊將輸入的串行控制信號轉(zhuǎn)換為11路并行控制信號，其中的兩路信號控制通道選擇器進(jìn)行通道選擇;一路信號控制輸入級低噪聲放大器是否對通過的信號進(jìn)行放大及其電源的通斷，輸入級低噪聲放大器對通過信號執(zhí)行放大則同時接通電源，若不放大則斷開電源;一路信號控制中間級高增益放大器是否對通過的信號進(jìn)行放大及其電源的通斷;六路信號控制數(shù)字步進(jìn)衰減器對通過信號衰減的幅度;一路信號控制輸出級放大器是否對通過的信號進(jìn)行放大及其電源的通斷。
[0008]進(jìn)一步的，所述輸入級低噪聲放大器為20dB低噪聲放大器，中間級高增益放大器為30dB放大器，數(shù)字步進(jìn)衰減器為6位電阻式可調(diào)衰減器，輸出級放大器為1dB放大器;其中6位數(shù)字步進(jìn)衰減器的6檔衰減量分別為16dB、8dB、4dB、2dB、I dB、0.5dB。
[0009]進(jìn)一步的，所述通道選擇器對四路輸入信號隨意選擇并輪詢處理。
[0010]進(jìn)一步的，所述井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端從納秒級瞬態(tài)脈沖時域波形中提取目標(biāo)?目息O
[0011]有益效果:本發(fā)明提供的井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，通道選擇連接多路接收天線實現(xiàn)資源復(fù)用，串并轉(zhuǎn)換精簡控制信號位數(shù)，增益控制單元提供了-31.5dB?60dB極大線性增益控制范圍以及0.5dB極小增益步進(jìn)，同時增益步進(jìn)在0.5dB?1dB之間可調(diào)。大范圍可調(diào)、小步進(jìn)的增益控制方案可應(yīng)用到所有輸入信號變化范圍極大的接收系統(tǒng)中。
【附圖說明】
[0012]圖1接收機(jī)前端結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2接收機(jī)前端系統(tǒng)設(shè)計圖。
[0014]圖3數(shù)字步進(jìn)衰減器結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1所示為接收機(jī)前端的結(jié)構(gòu)示意圖。所述接收機(jī)前端包括限幅器、通道選擇、輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數(shù)字步進(jìn)衰減器、輸出級放大器、串并轉(zhuǎn)換、邏輯變換、電源控制;所述限幅器、通道選擇、輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數(shù)字步進(jìn)衰減器、輸出級放大器依次級聯(lián)組成射頻鏈路;所述串并轉(zhuǎn)換與電源控制與射頻鏈路相連，對射頻鏈路狀態(tài)進(jìn)行控制。
[0016]所述的井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，其特征在于:所述接收機(jī)前端從納秒級瞬態(tài)脈沖時域波形中提取目標(biāo)信息。
[0017]所述的井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，其特征在于:所述限幅器對幅度超限的信號具有削峰作用，對所述接收機(jī)前端起保護(hù)作用。
[0018]所述的井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，其特征在于:所述通道選擇對四路輸入信號隨意選擇并輪詢處理。
[0019]所述的井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，其特征在于:所述輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數(shù)字步進(jìn)衰減器、輸出級放大器組成增益控制單元。
[0020]所述的井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，其特征在于:所述增益控制單元可實現(xiàn)線性增益控制范圍-31.5dB?60dB，最小增益步進(jìn)0.5dB。
[0021]所述的井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，其特征在于:所述增益控制單元的增益步進(jìn)值在0.5dB?I OdB之間可調(diào)。
[0022]所述的井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，其特征在于:所述串并轉(zhuǎn)換僅用I位信號線實現(xiàn)11位控制信號的輸入。
[0023]所述的井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，其特征在于:所述電源控制在相應(yīng)器件不工作時停止供電。
[0024]如圖2所示為接收機(jī)前端系統(tǒng)設(shè)計圖。限幅器為并聯(lián)型電壓限幅器，對過大的輸入信號削峰處理，保護(hù)后續(xù)單元不過載。通道選擇由SP4T開關(guān)實現(xiàn)，該單元需要C1、C2兩位信號控制四個通道間的切換。
[0025]低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數(shù)字步進(jìn)衰減器、輸出級放大器各自與一組SPDT開關(guān)構(gòu)成四級增益基元，最終組合成增益控制單元，增益控制單元是該接收機(jī)前端的核心部分。各級增益基元的有效增益器件分別為20dB低噪聲放大器、30dB放大器、6位數(shù)字步進(jìn)衰減器、1dB放大器，各級增益基元可在直通與有效增益器件兩種狀態(tài)間切換，進(jìn)而調(diào)整增益。
[0026]本發(fā)明的接收機(jī)前端可實現(xiàn)-31.5dB?60dB線性增益控制范圍，既滿足大信號的衰減需要，又滿足小信號的放大需求。
[0027]各級增益基元在直通狀態(tài)時切斷有效增益器件的電源供應(yīng)以減少耗能產(chǎn)熱，啟用有效增益器件則提供電源。低噪聲放大器、中間級高增益放大器、輸出級放大器三級增益基元各自的有效增益器件電源導(dǎo)通/斷開兩種狀態(tài)分別由一位信號控制切換，對應(yīng)為C3、C4、Cl I，該信號同時控制對應(yīng)的一組SPDT開關(guān)在兩個鏈路通道間的切換。
[0028]數(shù)字步進(jìn)衰減器是增益調(diào)整的關(guān)鍵所在，6檔衰減量分別為16dB、8dB、4dB、2dB、ldB、0.5dB，選用的最小衰減量決定了接收機(jī)前端的增益步進(jìn)，因此本發(fā)明的接收機(jī)前端增益步進(jìn)在0.5dB?1dB間可調(diào)。數(shù)字步進(jìn)衰減器6位控制信號直接控制對應(yīng)的6檔衰減量切換，通過不同的衰減組合可以調(diào)整衰減量，進(jìn)而影響接收機(jī)前端的增益。數(shù)字步進(jìn)衰減器的電源導(dǎo)通/斷開需一位控制信號，該信號由C5?ClO六位信號邏輯或得到，同時控制對應(yīng)的一組SPDT開關(guān)在兩個鏈路通道間的切換。
[0029]增益控制單元表面上分為四級增益基元，實質(zhì)上數(shù)字步進(jìn)衰減內(nèi)含六級衰減，如圖3所示，因此射頻鏈路總共有9級可控基元，對應(yīng)地需9位二進(jìn)制增益控制信號；四通道切換需2位二進(jìn)制控制信號。總共的11為控制信號由兩片8位移位寄存器級聯(lián)組成的16位移位寄存器串行輸入、并行輸出，減少系統(tǒng)外部走線。
[0030]該接收機(jī)前端外部輸入+12VDC，內(nèi)部芯片需要+5V DC，還設(shè)計有相應(yīng)的+12V轉(zhuǎn)換為+5V的DC-DC變換電路。
【主權(quán)項】
1.一種井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，包括:限幅器、通道選擇器、輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數(shù)字步進(jìn)衰減器、輸出級放大器、串并轉(zhuǎn)換模塊;所述限幅器、通道選擇、輸入級低噪聲放大器、中間級高增益放大器、數(shù)字步進(jìn)衰減器、輸出級放大器依次級聯(lián)組成射頻鏈路;所述串并轉(zhuǎn)換模塊將輸入的串行控制信號轉(zhuǎn)換為11路并行控制信號，其中的兩路信號控制通道選擇器進(jìn)行通道選擇;一路信號控制輸入級低噪聲放大器是否對通過的信號進(jìn)行放大及其電源的通斷，輸入級低噪聲放大器對通過信號執(zhí)行放大則同時接通電源，若不放大則斷開電源;一路信號控制中間級高增益放大器是否對通過的信號進(jìn)行放大及其電源的通斷;六路信號控制數(shù)字步進(jìn)衰減器對通過信號衰減的幅度;一路信號控制輸出級放大器是否對通過的信號進(jìn)行放大及其電源的通斷。2.如權(quán)利要求1所述的一種井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，其特征在于所述輸入級低噪聲放大器為20dB低噪聲放大器，中間級高增益放大器為30dB放大器，數(shù)字步進(jìn)衰減器為6位電阻式可調(diào)衰減器，輸出級放大器為1dB放大器;其中6位數(shù)字步進(jìn)衰減器的6檔衰減量分別為16dB、8dB、4dB、2dB、ldB、0.5dB。3.如權(quán)利要求1所述的一種井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，其特征在于所述通道選擇器對四路輸入信號隨意選擇并輪詢處理。4.如權(quán)利要求1所述的一種井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端，其特征在于所述井中雷達(dá)時域接收機(jī)前端從納秒級瞬態(tài)脈沖時域波形中提取目標(biāo)信息。
【文檔編號】G01S7/285GK105911526SQ201610228191
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】趙青, 唐旭, 馬春光, 霍建建
【申請人】電子科技大學(xué)